專利名稱：信息面的光學(xué)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)掃描裝置，它用來掃描可反射輻射光的帶有跡線的信息面，該裝置包括一個(gè)提供掃描光束的輻射光源;一個(gè)物鏡系統(tǒng)，用來將掃描光束聚焦于該信息面的一個(gè)掃描點(diǎn)上，以及將該掃描點(diǎn)再成象于一光敏檢測(cè)系統(tǒng)，以產(chǎn)生一信息信號(hào);一個(gè)設(shè)于輻射光源和物鏡系統(tǒng)之間的光路中的跟蹤光柵，用來形成兩個(gè)跟蹤光束，這兩條光束由物鏡系統(tǒng)聚焦在信息面的兩個(gè)跟蹤點(diǎn)上，這兩個(gè)點(diǎn)再成象在兩個(gè)跟蹤檢測(cè)器上，以產(chǎn)生一個(gè)跟蹤誤差信號(hào)。
上述掃描光束可理解為是上述物鏡系統(tǒng)所截獲的上述光源所發(fā)出的輻射光束的一部分，它被聚焦而形成一個(gè)掃描點(diǎn)。該掃描光束可以是一個(gè)可讀出已寫信息面的非調(diào)制光束，也可以是一個(gè)可寫入和/或可擦除信息面上的信息的調(diào)制或非調(diào)制光束。跟蹤的意義應(yīng)理解如下即信息面上掃描點(diǎn)的中心位于所掃描的蹤跡的中心線上。
從歐洲專利申請(qǐng)0305169號(hào)中可了解到一種上面所述的典型的裝置，在該裝置中，兩條跟蹤光束是由設(shè)置在掃描光束中的一個(gè)光柵來形成的。這種裝置有如下缺點(diǎn)，即只有部分掃描光束的能量用來形成跟蹤光束，所以掃描點(diǎn)的強(qiáng)度就比較小，特別是當(dāng)信息在高速度下寫入時(shí)更為不利，而且，當(dāng)讀出信息信號(hào)時(shí)，還會(huì)使信噪比降低。
本發(fā)明的目的是提供一種沒有上述缺點(diǎn)的裝置，在這種裝置中，當(dāng)形成跟蹤光束時(shí)，由輻射源所發(fā)出的輻射能得到了最佳的利用。本發(fā)明的裝置的特征在于它的跟蹤光柵包括兩部分，這兩個(gè)部分位于一個(gè)平面上的掃描光束的兩側(cè)部位，該光柵的兩部分接收來自輻射源的光束的邊緣部分。
在現(xiàn)代用于光記錄載體的掃描裝置中，半導(dǎo)體二極管激光器是用來作為輻射源的，二極管激光器所發(fā)出的輻射光束的截面近似地是橢園形的。為了能夠在信息面上形成一個(gè)盡可能小的、受衍射限制的掃描點(diǎn)，它確保所述光束正好以其橢園的短軸方向落入所述物鏡的光孔中。在現(xiàn)代的掃描裝置中，光束的橢園長(zhǎng)軸方向上的邊緣部分是不利用的。
而本發(fā)明基于這樣的考慮，即跟蹤光束可由上述這些邊緣部分形成，因此，它不需要再從掃描光束中提取能量。
從歐洲專利申請(qǐng)0351953號(hào)還可知道已公開了一種光學(xué)掃描裝置，其中的光柵是用來將輻射源發(fā)出的光束的邊緣部分形成兩束輔助光束，但是，這兩束輔助光束并非跟蹤光束，而是用來測(cè)量光盤相對(duì)于掃描裝置的光軸的傾斜程度。而跟蹤光束本身則是由掃描光束形成的。
從日本專利申請(qǐng)58-35737還可以進(jìn)一步了解到利用梯形棱鏡還可以將光束的邊緣部分形成跟蹤光束，但是，裝置結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，可通過采用光柵來完成，而使用棱鏡卻不能實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的特點(diǎn)是由信息面所反射的掃描光束的一部分被主光柵折射向檢測(cè)系統(tǒng)，該光柵設(shè)于輻射源和物鏡系統(tǒng)之間的掃描光束的光通路上，該主光柵的平面與跟蹤光柵的平面平行，從而可使用類似的元件完成不同的功能，從制造技術(shù)的觀點(diǎn)來看，這是很有利的。
所述主光柵和跟蹤光柵可設(shè)置在一個(gè)載體的不同側(cè)邊上，不過，本發(fā)明的裝置也可以采用這樣的特征，即主光柵與跟蹤光柵都設(shè)于一個(gè)平面上，因而兩個(gè)光柵可用一個(gè)模具同時(shí)制造，例如，可用復(fù)制工藝制造。
本發(fā)明裝置更進(jìn)一步的特點(diǎn)在于其跟蹤光束是由輻射光的邊緣部分形成的，它們是由跟蹤光柵的正一級(jí)和負(fù)一級(jí)或更高級(jí)的衍射所成，這是一種取得具有預(yù)期方向和能量的跟蹤光束的最簡(jiǎn)單的途徑。該一級(jí)光束通常包含著能量最強(qiáng)的衍射光束。進(jìn)而，光束的能量還可以通過選用合適的跟蹤光柵槽形來加以改變。如果輻射光的邊緣部分具有很大的能量，則可使光柵具有較淺的刻槽，以使跟蹤點(diǎn)的強(qiáng)度保持在一個(gè)較低的程度上而不致使這些跟蹤點(diǎn)引起信息層的任何過熱(譯者原文為“預(yù)熱”。)，進(jìn)而影響掃描光束的寫入質(zhì)量。
本發(fā)明的裝置有兩類實(shí)施例，第一類實(shí)施例的特征是所述跟蹤光柵設(shè)置在由信息面反射的跟蹤光束的光路之中，從而該跟蹤光柵是用來形成跟蹤光束，以及將該反射的跟蹤光折射向跟蹤檢測(cè)器耦合輸出。
第一類中第一個(gè)實(shí)施例的特征在于主光柵將反射的掃描光束折射向跟蹤檢測(cè)器。
實(shí)際上，在檢測(cè)系統(tǒng)上接收到足夠的輻射光可能有些困難，特別是當(dāng)O級(jí)的掃描光束的能量必須盡可能大，而其他各衍射級(jí)的能量很小的時(shí)候更為困難，因此第一類中第二個(gè)較好的實(shí)施例的特征在于提供了一個(gè)輔助的檢測(cè)系統(tǒng)，即兩個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)分別接收正第一級(jí)衍射和負(fù)第一級(jí)衍射的反射掃描光束部分。
第一類的第三個(gè)實(shí)施例的特征在于至少一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)是與一個(gè)跟蹤檢測(cè)器在一個(gè)基體上形成一個(gè)整體的，這種整體制成的檢測(cè)器具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)。
第一類中第四個(gè)實(shí)施例的特征在于主光柵是在與跡線方向垂直的方向上折射被反射的掃描光束，這種幾何構(gòu)形確保了跟蹤誤差不致影響以傅科法(Foucalt method)產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)的裝置中的聚焦誤差信號(hào)。
第二類實(shí)施例的特征在于主光柵也設(shè)置在反射跟蹤光束的光路中。
第二類的第一個(gè)實(shí)施例的特征在于主光柵在與跡線垂直的方向上折射被反射的掃描光束和跟蹤光束，這種幾何構(gòu)形保證了跟蹤誤差不致影響利用傅科法產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)的裝置中的聚焦誤差信號(hào)。
第二類中第二個(gè)實(shí)施例的特征在于檢測(cè)系統(tǒng)與跟蹤檢測(cè)器整體制成于一個(gè)基體上，這就具有了一種結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明這種適于利用磁光效應(yīng)讀出信息面的裝置還具有進(jìn)一步的特征，即在每個(gè)設(shè)置在反射掃描光束的光路中的檢測(cè)系統(tǒng)之前，裝設(shè)有一個(gè)線性偏振器，兩個(gè)偏振器是互相垂直取向的，于是每個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)只檢測(cè)具有一種特定偏振狀態(tài)的輻射光。
各種聚焦誤差檢測(cè)方法都可以在本發(fā)明的裝置中采用。在一個(gè)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)其第一種可能性，其特征為主光柵包括用以形成兩束聚焦檢測(cè)光束的兩個(gè)部分，并且檢測(cè)系統(tǒng)包括用于各檢測(cè)光束之一的兩個(gè)光敏檢測(cè)器。
可實(shí)現(xiàn)第二種可能性的一個(gè)實(shí)施例的特征是主光柵引入了析射光束的象散現(xiàn)象，檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)四象限光敏檢測(cè)器。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更具體的說明。


圖1給出了本發(fā)明裝置的第一個(gè)實(shí)施例。
圖2給出了本裝置第二個(gè)實(shí)施例的一部分，它包括兩個(gè)檢測(cè)掃描光束的檢測(cè)系統(tǒng)。
圖3和圖4給出了主光柵及其相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例。
圖5給出了主光柵的第三個(gè)實(shí)施例。
圖6給出了相關(guān)的檢測(cè)系統(tǒng)。
圖7給出了本發(fā)明掃描裝置第三實(shí)施例的部分透視圖。
圖8和9給出了本發(fā)明裝置的另一實(shí)施例。
圖10給出了本發(fā)明裝置的第五實(shí)施例。
圖1是一盤形光學(xué)記錄載體(1)的一小部分的正切斷面圖，該光學(xué)記錄載體(1)具有一輻射光反射信息面(2)，該信息面具有很多跡線(未示出)，這些跡線與本實(shí)施例的圖面平行，也就是處于箭頭t所示的方向上。信息可以存貯于一系列信息區(qū)域的這種跡線中，它們沒有表示出來，并且還可隨中介區(qū)域而變換。該信息面由輻射光源(4)，比如一個(gè)二極管激光器，發(fā)射的光束(3)來進(jìn)行掃描。該掃描光束由物鏡系統(tǒng)(5)聚焦于信息面的掃描點(diǎn)(6)上，物鏡系統(tǒng)(5)以單透鏡示于圖上。此裝置還可包括一設(shè)置在物鏡系統(tǒng)前面的分離的準(zhǔn)直透鏡。通過沿跡線方向移動(dòng)記錄載體，使掃描光束掃描一跡線，存貯于該跡線中的信息即調(diào)制了該反射掃描光束，該掃描光束的調(diào)制，可以是強(qiáng)度的調(diào)制，或是偏振狀態(tài)的調(diào)制。該光束由物鏡系統(tǒng)聚焦于檢測(cè)系統(tǒng)(7)上，經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)(7)將調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成電信息信號(hào)。
為了將掃描點(diǎn)的中心精確地定位于所掃描跡線的中心線上，裝置中必須有一些設(shè)備能檢測(cè)在掃描點(diǎn)和跡線之間在垂直于信息面方向上的距離，以及檢測(cè)它們?cè)谛畔⒚娣较蛏系木嚯x，并借助已得到的聚焦誤差和跟蹤誤差信號(hào)來使這種偏離限制到最小。
跟蹤誤差信號(hào)可以用已知的方式產(chǎn)生，如通過兩束由物鏡系統(tǒng)聚焦到靠近掃描點(diǎn)的兩個(gè)跟蹤點(diǎn)(8)和(9)上的跟蹤光束來實(shí)現(xiàn)，物鏡系統(tǒng)將每個(gè)跟蹤點(diǎn)分別在跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)上成象為輻射點(diǎn)(8′)和(9′)，跟蹤誤差信號(hào)就由在這兩個(gè)跟蹤檢測(cè)器所產(chǎn)生的信號(hào)間的差構(gòu)成。
如歐洲專利申請(qǐng)0305169號(hào)所述，跟蹤光束可以由設(shè)置在掃描光束的光路中以及物鏡(5)之前的衍射光柵來獲得，該光柵將入射光束分束，首先，主要分成一束正在進(jìn)行的O級(jí)光束和兩束折射的一級(jí)光束，物鏡系統(tǒng)將O級(jí)光束聚焦于掃描點(diǎn)(6)上，將兩一級(jí)次光束聚焦于兩個(gè)跟蹤點(diǎn)上。已知設(shè)備中光柵是設(shè)置在由物鏡系統(tǒng)接收的光束中，也即設(shè)在掃描光束中，由于這些光束的能量分布于整個(gè)三個(gè)衍射級(jí)的光束中的，所以掃描光點(diǎn)的能量就較小，它比掃描光束中不設(shè)置光柵的情況下小40%，這對(duì)于在高速狀態(tài)下寫入信息的掃描裝置特別不利。而且，跟蹤光點(diǎn)上的能量可能較大，從而引起信息層產(chǎn)生某種光學(xué)變化，而這些變化也會(huì)被寫入。
根據(jù)本發(fā)明，跟蹤光束是由兩個(gè)光柵部分(12)和(13)形成的，在本發(fā)明說明書所描述的裝置中最好結(jié)合成跟蹤光柵，光柵的兩部分(12)和(13)位于掃描光束光路的外側(cè)，它們將掃描光束(3)外部的輻射光源部分(14)的光折射向物鏡系統(tǒng)(5)，在實(shí)際應(yīng)用中是這樣的，掃描裝置中的二極管激光器發(fā)出具有橢圓截面的輻射光，在輻射光的中心部分外側(cè)還有外緣部分，該邊緣部分用以形成掃描光點(diǎn)，并具有可和中心部分相比擬的輻射光能。而相反，在已知技術(shù)的裝置中，這些邊緣部分的能量是不被利用的，現(xiàn)在，在本發(fā)明中這部分光能則用來形成跟蹤光點(diǎn)(8)和(9)。
因邊緣部分(14)在與圖面垂直的方向上具有其本身的構(gòu)形，圖1所示的跟蹤光束實(shí)際上具有比圖平面所示的部分更大的尺寸，跟蹤光點(diǎn)在其主軸在跡線方向上也隨之加長(zhǎng)，跟蹤光點(diǎn)在垂直于跡線方向上較窄，這對(duì)于良好的跟蹤是必須的。有時(shí)光點(diǎn)在跡線方向上較大，但不影響跟蹤。光束邊緣部分的波前的質(zhì)量很好，可足以避免跟蹤光點(diǎn)的畸變。
圖1的實(shí)施例中，跟蹤光柵用來耦合輸出反射跟蹤光束。為了產(chǎn)生所述跟蹤誤差信號(hào)，反射跟蹤光束的O級(jí)衍射部分，即圖1中用斷線表示的(15)、(16)部分，原則上可用來形成跟蹤誤差信號(hào)。然而，一級(jí)或高級(jí)衍射的跟蹤光束更好，這樣跟蹤檢測(cè)器可設(shè)置在離光源足夠遠(yuǎn)的地方。光源輻射邊緣部分(14)的能量很大，以致經(jīng)過兩次一級(jí)衍射的跟蹤光束照射到跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)上時(shí)，仍具有足夠的能量以產(chǎn)生具有足夠大的信噪比的跟蹤誤差信號(hào)。
在對(duì)一個(gè)已寫記錄載體讀出時(shí)，必須把被記錄載體所調(diào)制和反射的掃描光束從射向記錄載體的光束中分離出來，而且，掃描裝置必須有一個(gè)聚焦誤差檢測(cè)系統(tǒng)，用以產(chǎn)生一個(gè)聚焦誤差信號(hào)，也就是產(chǎn)生一個(gè)表示物鏡系統(tǒng)(5)的聚焦平面和信息面(2)之間的偏離的信號(hào)，利用這一信號(hào)可校正掃描光束聚焦的位置，例如，可沿軸線移動(dòng)物鏡系統(tǒng)。
如美國(guó)專利4829506(PHN12.206)所公開的，可利用一個(gè)衍射光柵，用來既產(chǎn)生所需的分離光束，又給出形狀適合于聚焦誤差檢測(cè)的反射掃描光束。
根據(jù)本發(fā)明，在本說明書中作為主光柵的光柵(17)可設(shè)置在跟蹤光柵的光柵部分(12)和(13)之間，被此光柵折射的掃描光束(3′)由檢測(cè)系統(tǒng)(7)接收，利用這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，可得到信息信號(hào)，即可得到表示已讀出的信息的信號(hào)以及聚焦誤差信號(hào)。
圖1實(shí)施例中的主光柵(17)的工作方式如下，掃描光點(diǎn)(6)的再成象(6′)生成于跟蹤檢測(cè)器，比如檢測(cè)器(11)的附近，該再成象即是由主光柵衍射的一級(jí)衍射光束部分生成的，這一方案的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)系統(tǒng)(7)和跟蹤檢測(cè)器(11)可以集成于一塊基體上。
為使一級(jí)衍射光束部分(3′)得到足夠強(qiáng)的光能量，傳統(tǒng)的方法是使光柵槽紋的壁具有一定的斜度，也就是制成“閃耀”(blaze)光柵。
獲得足夠光強(qiáng)的另一種可能性，就是利用正一級(jí)和負(fù)一級(jí)衍射光束來讀出信息以及用于聚焦誤差檢測(cè)，這可由圖2來予以說明，圖2給出了掃描裝置在主光柵(17)以下的部分，掃描點(diǎn)(6)的兩個(gè)象點(diǎn)(6′)和(6″)因兩束一級(jí)衍射光束部分(3′)和(3″)而分別成象在檢測(cè)系統(tǒng)(7)和一個(gè)第二檢測(cè)系統(tǒng)(18)上。這兩個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)所給出的信號(hào)組合起來就可得到質(zhì)量良好的信息信號(hào)。
圖2所示的掃描裝置非常適合于對(duì)磁光記錄載體進(jìn)行寫入和讀出，對(duì)于這種記錄載體以及這種載體的寫入和讀出裝置已經(jīng)有所介紹，特別是在下述文章中“可擦磁光記錄”(“Erasable magnetooptical recording”)，發(fā)表于“菲力普技術(shù)評(píng)論”(“Philips Technical Review”)第42卷第2期，1985年，第37-47頁。如這篇文章所述，一種叫作差分式的方法較好地用于對(duì)磁光記錄載體進(jìn)行讀出。被信息面所反射的輻射光，它的偏振方向的調(diào)制在時(shí)間上是與所讀出的信息相一致的，該輻射光當(dāng)其穿過物鏡系統(tǒng)后，即分束為兩束偏振方向互相垂直的投射到分離的檢測(cè)器上的子光束。在已知技術(shù)的裝置中，是利用偏振敏感光束分束器來進(jìn)行分束的。
圖2中的掃描裝置不需要這樣的分束器，因?yàn)楣鈻?17)已給出了兩束在空間上分離的光束，這里只有兩個(gè)互相垂直的線性偏振器(分析器)(19)和(20)，它們?cè)O(shè)置在檢測(cè)系統(tǒng)(7)和(18)的前面，使投射于檢測(cè)系統(tǒng)(7)上的光束部分(3′)具有第一種偏振方向，而投射于檢測(cè)器系統(tǒng)(18)上的光束部(3″)具有垂直于該第一偏振方向的第二偏振方向。
磁光掃描裝置中的跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)，也可以分別與檢測(cè)系統(tǒng)(18)和(7)(譯者原文為(10))各自地集成于一個(gè)基體上。
圖3示出了主光柵以及一個(gè)與之相配合的檢測(cè)系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例，此實(shí)施例適合于利用傅科法產(chǎn)生一個(gè)聚焦誤差信號(hào)。在此圖中，光束(3)的截面表示位于光柵(17)上。光柵(17)有兩個(gè)子光柵(21)和(22)，它們以分界線(23)互相分開。兩個(gè)子光柵的光柵條紋以(24)和(25)表示，這些光柵條紋又以中介條紋(26)和(27)互相隔開。在此實(shí)施例中，兩子光柵具有同樣的光柵周期，子光柵(21)最好做成彎曲光柵條紋(24)，這些條紋的主方向沿與分界線(23)成第一角度而延伸，而第二子光柵(22)的彎曲光柵條紋(25)的主方向則沿與該分界線成第二角度而延伸，第二角度最好與第一角度大小相等而相對(duì)分界線方向相反。兩束子光束基本上折射于橫切主方向的方向上。由于主方向不同，所以子光束(28a)和(28b)折射在XY平面的不同角度上。這就意味著輻射光點(diǎn)(29a)和(29b)在檢測(cè)器平面上的Y方向上會(huì)彼此偏離，檢測(cè)器平面即XY平面。此圖中的符號(hào)X、Y和Z，以及在后續(xù)的圖中都代表座標(biāo)系的軸，該座標(biāo)的原點(diǎn)0與二極管激光器(4)的光輻射表面的中心相重合。
光敏檢測(cè)器取光二極管(30)和(31)，以及(32)和(33)的形式，它們由窄條(34)和(35)隔開，并分別與子光束(28a)和(28b)相關(guān)。這些檢測(cè)器是這樣配置的，使子光束(28a)和(28b)形成的輻射光點(diǎn)(29a)和(29b)的強(qiáng)度分布相對(duì)檢測(cè)器(30)和(31)，以及(32)和(33)分別對(duì)稱，此時(shí)光束(3)正確地聚焦于信息面(2)上。當(dāng)出現(xiàn)聚焦誤差時(shí)，輻射光點(diǎn)(29a)和(29b)非對(duì)稱地變大，并且每個(gè)輻射點(diǎn)的輻射分布中心分別相對(duì)于與之相關(guān)的兩個(gè)檢測(cè)器的分界條紋(34)和(35)橫移。
如果將檢測(cè)器(30)、(31)、(32)和(33)的輸出信號(hào)表示為S30、S31、S32和S33，則聚焦誤差信號(hào)Sf可定義為Sf＝(S30+S33)-(S31+S32)一個(gè)正比于讀出信息的信號(hào)，或者說信號(hào)Si定義為Si＝S30+S31+S32+S33為產(chǎn)生一個(gè)聚焦誤差信號(hào)，不僅可采用圖3中的復(fù)合主光柵，還可采用圖4所示的主光柵(17)，圖4中給出了光柵平面上的光束(3)的截面以及子光束(28a)和(28b)。兩個(gè)子光柵(21)和(22)最好制成彎曲光柵條紋，它們的主方向沿與分界線(23)成相同的角度延伸，而這兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不相同的，從而，子光束(28a)的折射角度與子光束(28b)的折射角度也是不同的，這就意味著輻射光點(diǎn)(29a)和(29b)在檢測(cè)器(30)、(31)、(32)和(33)的平面的分界線(35)(譯者原文為23)方向上是彼此偏離的。
子光柵(21)和(22)也可以是直線光柵條紋，并且具有恒定光柵周期。然而，最好使用具有不同光柵周期的那種光柵，也叫全息(hologram)光柵，光柵周期的變化比如是平均光柵周期的百分之幾的量級(jí)。還有，如圖3和圖4所示，兩子光柵的光柵條紋是彎曲的，因此這些子光柵具有可變透鏡的作用。由于這變化的光柵周期，輻射光點(diǎn)(29a)和(29b)的位置可以藉將光柵(17)在其本身的平面上移動(dòng)而改變，其在與分界線(23)的方向相垂直的方向上的偏離，可以通過使光柵條紋具有適當(dāng)?shù)那蕘硐拗频阶钚?。如果采用集成的激光二極管單元，則能夠移動(dòng)光輻射點(diǎn)的位置，這一點(diǎn)是非常重要的，也就是說，在一個(gè)部件中二極管激光器和光檢測(cè)器設(shè)置在同一支架上，彼此固定連接從而在Z方向上有一固定間距。這一間距是由制造公差決定的，不能在組裝本裝置時(shí)通過在Z方向上相對(duì)激光二極管移動(dòng)光電二極管來進(jìn)行校正。
使用具有彎曲光柵條紋的衍射光柵，或用全息光柵，比使用直線條紋的光柵具有更重要的優(yōu)勢(shì)，即可避免因使用后者而可能出現(xiàn)的光學(xué)畸變，如慧差、象散等，在使用前者時(shí)，可在制造該全息光柵時(shí)考慮上述可能產(chǎn)生的畸變而對(duì)光柵選取適當(dāng)?shù)臈l紋曲率，從而避免畸變的產(chǎn)生。
圖5示出一個(gè)光柵(17)的實(shí)施例，該光柵將反射的掃描光束(3)轉(zhuǎn)變?yōu)橄笊⒐馐?3′)，以象散方法產(chǎn)生一個(gè)聚焦誤差信號(hào)，基本上，該光柵具有直線光柵條紋(36)和線性變化的光柵周期，它是這樣設(shè)計(jì)的，即反射的光束(3)大部分在一個(gè)衍射級(jí)衍射，例如衍射于正第一級(jí)，該第一級(jí)衍射光束(3′)已不再只聚焦于一點(diǎn)上，而是聚焦于兩個(gè)互相垂直的焦線(38)和(39)上。如果光柵無象散，則焦線(38)將位于衍射光束(3′)聚焦之處。當(dāng)出現(xiàn)聚焦誤差時(shí)，焦線(38)和(39)將在同一方向上同時(shí)移動(dòng)，并且移動(dòng)同樣的距離。一種叫作四象限檢測(cè)器的檢測(cè)器(40)，設(shè)置在兩象散焦線位置之間近中間處的平面上，此時(shí)的兩象散焦線是當(dāng)掃描光束尖銳地聚焦于信息面上而形成的，圖6示出了這種檢測(cè)器，它有四個(gè)檢測(cè)器(41)、(42)、(43)和(44)，設(shè)置在衍射光束(3′)主光束周圍的四個(gè)不同象限中。如果掃描光束尖銳地聚焦在信息面(2)上，則光束(3′)在檢測(cè)器平面上形成的光點(diǎn)(29)是圓形的，圖6中以實(shí)線圈表示。如果出現(xiàn)聚焦誤差，則光點(diǎn)(29)變形為一橢圓點(diǎn)，圖6中以斷線表示，該橢圓的主軸位于與分界條紋(45)和(46)成45°角的伸長(zhǎng)，角度的正負(fù)由聚焦誤差的正負(fù)來決定。如果檢測(cè)器(41)、(42)、(43)和(44)的信號(hào)以S41、S42、S43和S44表示，則聚焦誤差信號(hào)Sf定義為Sf＝(S41+S43)-(S42+S44)如果主光柵將一級(jí)衍射光束分束為兩聚焦檢測(cè)光束，或者使光束產(chǎn)生象散，則可以在兩檢測(cè)系統(tǒng)(7)和(18)中的一個(gè)上進(jìn)行聚焦檢測(cè)，投到另外的檢測(cè)系統(tǒng)上的光束通常不具有可進(jìn)行聚焦檢測(cè)的正確形狀。
圖7是掃描裝置的一個(gè)實(shí)施例的一部分，此實(shí)施例中，主光柵(17)將反射的掃描光束(3)折射向與跡線方向t垂直的方向。該主光柵和檢測(cè)系統(tǒng)(7)示于圖中以說明傅科聚焦檢測(cè)。信息面上的跡線使得反射掃描光束的衍射級(jí)發(fā)生重疊，在傅科聚焦檢測(cè)情況下，如果在圖1、2、3的幾何構(gòu)形條件下，則跟蹤誤差將一定會(huì)影響聚焦誤差信號(hào)，而在圖7所示的幾何構(gòu)形情況下，這些衍射級(jí)則不再影響聚焦誤差信號(hào)，因分界條紋(34)和(35)是垂直于方向t的。
圖8給出了本發(fā)明裝置的另一實(shí)施例的斷面，與圖1所示的光束不同，反射的跟蹤光束不穿過跟蹤光柵(12)和(13)，而是被主光柵(17)折射向跟蹤檢測(cè)器，在這種幾何構(gòu)形中，光柵(17)、(12)和(13)可設(shè)在基體(47)的兩側(cè)，因而這些光柵可以彼此間安裝得很牢固，這也是制造中的一大優(yōu)點(diǎn)，而且組裝和準(zhǔn)直都很簡(jiǎn)單。
圖9是圖8中下面部分的主面透視圖。為了清楚起見，光束的邊緣部分和跟蹤光柵沒有表示出來，因同樣原因，也只給出了射向每個(gè)跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)的兩束光束中的一束。主光柵(17)將反射跟蹤光束折射向與跡線t垂直的方向。如圖7所示，這種構(gòu)形具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)采用傅科聚焦檢測(cè)方法時(shí)跟蹤誤差不致影響聚焦誤差信號(hào)。跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)以及檢測(cè)系統(tǒng)(7)可集成在一個(gè)基體上。圖9中的主光柵(7)和檢測(cè)系統(tǒng)(17)的工作情況與圖3所示相同。但是，圖9的實(shí)施例中，也可以用圖4和5所示的光柵和檢測(cè)系統(tǒng)來代替。還可使用線性偏振器來檢測(cè)因磁光效應(yīng)而被調(diào)制的掃描光束，盡管折射的掃描光束必須分束為兩束光束，并且當(dāng)產(chǎn)生象散聚焦誤差時(shí)還需要一個(gè)輔助檢測(cè)系統(tǒng)。
還可以證明上述本發(fā)明跟蹤光柵的許多優(yōu)點(diǎn)也能適用于不使用光柵作為分束元件的光學(xué)系統(tǒng)，如使用一部分透過的透鏡(48)，象圖10所示的實(shí)施例那樣。為清楚起見，此圖只給出兩跟蹤光束之一。跟蹤檢測(cè)器(10)和(11)以及檢測(cè)系統(tǒng)(7)可以集成在一個(gè)基體上。為產(chǎn)生一聚焦誤差信號(hào)，必須在反射掃描光束的光路中設(shè)置一輔助元件(49)，比如設(shè)置一分束光楔或一象散元件如柱透鏡等。然而，也可以利用這一事實(shí)，即分束片(48)，當(dāng)光束斜透過它時(shí)，它也有象散效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描可反射光輻射的帶跡線的信息面的光掃描裝置，該裝置包括下述各部分一個(gè)發(fā)出掃描光束的光輻射源；一個(gè)用于將掃描光束聚焦到信息面上的一個(gè)掃描點(diǎn)、并將該掃描點(diǎn)再成象于光敏檢測(cè)系統(tǒng)上以產(chǎn)生一個(gè)信息信號(hào)的物鏡系統(tǒng)；一個(gè)設(shè)置在光輻射源和物鏡系統(tǒng)之間的光路中的跟蹤光柵，用以形成兩束跟蹤光束，該兩束跟蹤光束可由物鏡系統(tǒng)聚焦在該信息面的跟蹤點(diǎn)上，所述兩個(gè)跟蹤點(diǎn)再成象于兩個(gè)跟蹤檢測(cè)器上以產(chǎn)生一跟蹤誤差信號(hào)，本裝置的特征在于該跟蹤光柵包括位于一個(gè)平面而處于該掃描光束兩側(cè)的兩個(gè)部分，這兩部分光柵接收來自輻射光源的光束邊緣部分。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，特征在于被信息面反射的部分掃描光束被一主光柵折射向所述檢測(cè)系統(tǒng)，該主光柵設(shè)置在該輻射光源和該物鏡系統(tǒng)之間的掃描光束光路中，該主光柵的平面平行于跟蹤光柵的平面。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，特征在于該主光柵和該跟蹤光柵位于同一平面上。
4.如權(quán)利要求1、2、或3所述的裝置，特征在于跟蹤光束是輻射光源被跟蹤光柵衍射的正一級(jí)和負(fù)一級(jí)衍射光束的邊緣部分。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的裝置，特征在于該跟蹤光柵設(shè)置在被信息面反射的跟蹤光束的光路中。
6.如權(quán)利要求2、3、4或5所述的裝置，特征在于主光柵將反射掃描光束折射向跟蹤檢測(cè)器上。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，特征在于具有一個(gè)輔助檢測(cè)系統(tǒng)，該兩個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)分別截獲了反射掃描光束的正一級(jí)和負(fù)一級(jí)衍射的光束部分。
8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，特征在于至少一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)是與一個(gè)跟蹤檢測(cè)器集成于一個(gè)基體上的。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，特征在于該主光柵將反射掃描光束折射向與跡線方向垂直的方向上。
10.如權(quán)利要求2或4所述的裝置，特征在于該主光柵也設(shè)置在該反射跟蹤光束的光路中。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，特征在于該主光柵將該反射掃描光束和跟蹤光束折射向與跡線方向垂直的方向上。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，特征在于該檢測(cè)系統(tǒng)和所述兩跟蹤檢測(cè)器集成于一個(gè)基體上。
13.如權(quán)利要求7所述的裝置，適用于藉磁光效應(yīng)讀出信息面，特征在于在每個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)前面，在反射掃描光束的光路中設(shè)置一線性偏振器，這兩個(gè)偏振器是互相垂直定位的。
14.如權(quán)利要求2、3、6、7、9、10或11所述的裝置，特征在于該主光柵由兩部分組成，用以形成兩個(gè)聚焦檢測(cè)光束，該檢測(cè)系統(tǒng)由兩個(gè)光敏檢測(cè)器組成，各用于檢測(cè)所述兩光束之一。
15.如權(quán)利要求2、3、6、7、9、10或11所述的裝置，特征在于該主光柵使折射光束產(chǎn)生象散，且該檢測(cè)系統(tǒng)由一光敏四象限檢測(cè)器組成。
全文摘要
描述了一種掃描帶跡線的信息面(2)的光學(xué)掃描裝置，該裝置包括一發(fā)出掃描光束(3)的光輻射源(4)，以及一用來將該掃描光束聚焦于信息面(2)上的一掃描點(diǎn)的物鏡系統(tǒng)(5)。為取得兩個(gè)跟蹤點(diǎn)，在掃描光束的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)光柵部分，它們截取來自所用輻射光源的邊緣光束部分。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1060912SQ9110957
公開日1992年5月6日 申請(qǐng)日期1991年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月12日
發(fā)明者W·G·奧費(fèi), H·M·M·凱塞爾斯, C·H·F·費(fèi)爾澤爾 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司